[发明专利]用于生产氨合成气的方法以及用于改造氨设备前端的方法

说明书

技术领域

本发明涉及烃类重整，用于制备适用于氨生产的合成气。

背景技术

氨设备包括用于生成合成气的前端，所述合成气之后在合成回路中 反应以产生氨。所述合成气通过烃进料(例如天然气或替代天然气 (SNG))的蒸汽重整在前端生成。

传统且众所周知的前端包括：初级重整器、二次重整器、变换反应 器、CO₂去除部以及任选的甲烷化部。离开CO₂去除部或甲烷化部的净化 的合成气具有适用于氨合成的氢气H₂和氮气N₂之间大约3:1的摩尔比。然 后将所述净化气体压缩至合成压力并供给合成回路。

初级重整器将来自烃源和蒸汽的甲烷转换为包含一氧化碳、二氧化 碳和氢气的气体。二次重整器使用空气为氧化剂进一步氧化所述气体。 在大约300-500℃下操作的绝热高温变换(HTS)反应器中用铁基催化 剂将一氧化碳变换转换成二氧化碳，并且这可以在另一个绝热低温变换 (LTS)反应器中进行。例如用CO₂洗涤塔去除二氧化碳。甲烷化(在提 供时)通过将残留的一氧化碳转化成甲烷而将其去除。

近年来，涌现出增加现有氨设备容量的需求。为达到此目标，已提 出各种技术。大部分的所述技术依赖于用富O₂的空气或纯氧代替环境空 气点火而改进二次重整器。然而，此方法的缺点是需要大型且昂贵的空 气分离单元以生产所需量的氧气。

发明内容

本发明公开了根据所附权利要求的改造氨设备并增加其容量的新方 法。本发明还涉及根据所附权利要求的新方法和设备。

本发明提供了部分在初级重整器和二次重整器或自热重整器的组合 列中重整且部分在气体加热式反应器中重整的气态进料。所述气体加热 式反应器的热源包括从所述二次重整器流出的至少部分产品气。优选地 所述热源包括来自所述二次重整器的产品气和来自气体加热式反应器自 身的产品气。

为了增加现有前端的容量，可将所述气体加热式反应器添加至该现 有前端。因此，可用包括将气体加热式反应器安装在所述二次重整器之 后的方法来改造包括初级重整器、二次重整器、变换部、CO₂去除部以及 任选甲烷化部的氨设备的前端。

所述气体加热式重整器基本上是管壳式热交换器，其具有管程和壳 程，并催化重整进入管程的第一气流而且通过穿过壳程的第二流间接加 热所述第一气流。

所述第一流包括一部分可用的烃气态进料，其余部分的所述进料被 送至所述初级重整器，并且所述第二流包括从所述二次重整器流出的至 少部分产品气。

所述第一流优选是包括蒸汽和烃气态进料的混合流的一部分。因此， 将一部分所述混合流送至气体加热式反应器并将其余部分送至初级重整 器。所述混合流优选具有2和3.5之间的汽碳比，更优选地在2.2和3之间。 第一流的汽碳比能够不同于送至初级重整器的其余部分的汽碳比。

为了使用较低的S/C比，还能够在初级重整器之前提供预重整器。

所述第二流优选包括所述二次重整器的流出物，其混合了离开所述 气体加热式重整器的管程的流出气。因此，从所述气体加热式重整器的 管中收集的产品气与来自二次重整器的产品气结合，并且将因此得到的 热的产品气引入气体加热式重整器的壳程。在一些优选的实施方式中， 所述气体加热式重整器的管的出口温度的范围为从750至850℃并且所 述二次重整器的出口温度的范围为从950至1050℃。

优选地，所述方法还包括将现有空气点火的二次重整器改进成用富 O₂的空气操作的步骤。根据一些实施方式，所述富O₂的空气通过将氧气 流添加至环境空气中而得到，并且所述氧气流通过空气分离单元输送。 在富氧空气中，优选的氧浓度在25％和70％摩尔之间并且更优选地在30％ 和50％之间。

方法还可以包括改造现有变换部和/或改造现有CO₂去除部。

改造该变换部可以包括以下一个或更多个：将现有轴流式变换器改 进成轴流-径流式变换器；添加一个或更多个与现有变换器并联的变换 器；用一个或更多个等温MTS变换器替代一个或更多个现有绝热HTS变 换器或或改造成MTS。